CN110919158B - 一种爆炸焊接装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种应用于爆炸焊接技术的新方法，具体涉及一种爆炸焊接装置及方法，解决现有爆炸焊接复合板焊接质量不好的问题。装置包括强光光源及炸药涂层；上述炸药涂层为涂覆在待焊接目标物表面的光敏炸药涂层；强光光源用于照射并引爆光敏炸药涂层，确保光敏炸药涂层整个面同时起爆。光敏炸药对光比较敏感，可以用喷涂枪将光敏炸药喷涂到待焊接的目标物表面，通过强光照射使光敏炸药涂层发生起爆，在厚度很薄的涂层内能够实现稳定爆轰波，实现大面积同步可靠起爆。可以应用于板与板、管与管、异型件等的爆炸焊接。

Description

一种爆炸焊接装置及方法

技术领域

本发明涉及一种应用于爆炸焊接技术的新方法，特别是一种光起爆的爆炸焊接装置及方法。

背景技术

爆炸焊接是利用炸药爆炸产生的巨大能量，将两种或多种不同熔点、不同强度、不同厚度、不同热膨胀系数以及硬度差别很大的金属焊接在一起，在制造任意金属组合的复合材料方面具有独特的优势，甚至能够对金属与非金属如陶瓷等材料实施焊接，在化工、石油、环保(核废料处理)、电力、造船、核工业、航空航天、超导材料等领域显示出了不可替代的重要作用。

爆炸焊接复合板的质量好坏与起爆方式密切相关。目前用于爆炸焊接的起爆方式有中心起爆和边缘起爆两种，这两种起爆方式的爆轰波均是由起爆点向其他部位传播的，存在不同部位开始加速时间不同的问题，并使复板、基板的碰撞速度各不相同，造成焊接界面因碰撞速度前后起伏过大而导致焊接质量不好的问题，如间隙和空洞等缺陷。因为炸药的布置工艺对爆炸焊接时复合板上作用的爆炸载荷的强度和特征参数有直接影响，为了改善复板各点处爆炸载荷不同的问题，常见的办法是采用不等厚的布药工艺，可以实现复板各点处的爆炸载荷基本保持不变，从而提高板的结合质量。但不等厚布药工艺要求设计出合理装药厚度，对于不同的爆炸焊接材料需要进行验证和进一步修正。另外，爆炸焊接时复合板的边界经常会出现焊接不牢乃至空隙等情况，这种现象在爆炸焊接厚复合板时尤为严重，此即为爆炸焊接的边界效应问题，也是不等厚布药工艺无法消除的，研究表明炸药爆炸时装药宽度两侧以及起爆端的稀疏波所引起的装药边界能量不足是造成复合板边界效应的关键因素。

发明内容

本发明的目的是提出一种新的爆炸焊接装置及方法，解决现有爆炸焊接复合板焊接质量不好的问题。

本发明的技术方案是：

一种爆炸焊接装置，其特殊之处在于：包括强光光源及炸药涂层；

上述炸药涂层为涂覆在待焊接目标物表面的光敏炸药涂层；光敏炸药对光比较敏感，可以用喷涂枪将光敏炸药喷涂到待焊接的目标物表面，通过强光照射使光敏炸药涂层发生起爆，在厚度很薄的涂层内能够实现稳定爆轰波，实现大面积同步可靠起爆。其中目标物，往往包括待焊接的两种或两种以上材料，板材包括复板、基板，管材包括复管、基管，本发明中如无特殊说明则目标物特指紧邻炸药涂层的某种材料。

上述强光光源用于照射并引爆光敏炸药涂层，确保光敏炸药涂层整个面同时起爆。

进一步地，上述强光光源为电爆炸装置；通过极短时间内向金属丝输入强电流，使金属丝发生电离爆炸产生等离子体辐射强光，照射在光敏炸药表面使光敏炸药大面积同步起爆。

进一步地，上述电爆炸装置产生的强光光谱范围包含紫外光，选用钨丝或钼丝等材料作为金属丝材料，金属丝材料在0.1mm量级，例如0.3mm，并确保有足够的电能量释放强光使炸药面同时发生爆炸。可以在光敏炸药涂层正上方相同距离处布设多根金属丝，尽量确保强光照射到光敏炸药涂层的照度均匀，这有利于提高光敏炸药大面积起爆的同步性。

进一步地，上述光敏炸药为乙炔银-硝酸银，用喷涂机器人或机械臂进行远程操作，确保喷涂工艺安全，且可以更加精确控制炸药涂层的厚度，提高炸药爆炸载荷均匀性，改进爆炸焊接效果，并有效提高炸药材料的利用率，降低成本。光敏炸药涂层厚度过低不利于爆轰稳定性，过高涂层会产生裂纹，厚度通常为0.02～2mm。

进一步地，上述光敏炸药涂层的形状与待焊接目标物焊接面的形状匹配，面积相等；光敏炸药涂层和目标物表面接触可能会发生反应，根据需要可以在光敏炸药与目标物表面之间设置隔离膜，该膜与光敏炸药和待焊接的目标物均不会发生化学反应，确保光敏炸药爆炸能量传递到目标物满足焊接要求，可以选用金属隔离膜，如0.005mm厚的铝膜。

进一步地，为了增强爆炸威力，上述炸药涂层还包括布放在光敏炸药涂层与待焊接目标物表面之间的主炸药层。可以选用工业用的乳化炸药作为主炸药，由光敏炸药涂层引爆主炸药，实现主炸药大面积同步起爆。

进一步地，当炸药涂层由光敏炸药涂层和主炸药组成时，光敏炸药与主炸药之间可能会发生化学反应，根据需要可以在光敏炸药涂层与主炸药层之间设置隔离膜，该膜与光敏炸药和主炸药均不会发生化学反应，确保该膜不影响光敏炸药引爆主炸药，可以选用金属隔离膜，如0.2mm厚的铝膜。

本发明还提供一种爆炸焊接方法，包括以下步骤：

步骤一、使待焊接的目标物与焊接基底的焊接面相对；

步骤二、在待焊接的目标物表面喷涂光敏炸药，形成光敏炸药涂层；

步骤三、开启强光光源，强光照射光敏炸药涂层，使光敏炸药涂层整个面同时发生爆炸并作用到待焊接的目标物，使待焊接的目标物撞向基底，实现焊接。

进一步地，步骤二中还包括在光敏炸药涂层与待焊接的目标物表面设置金属隔离膜的步骤。

本发明还提供另一种爆炸焊接方法，包括以下步骤：

步骤一、使待焊接的目标物与焊接基底的焊接面相对；

步骤二、在待焊接的目标物表面布放主炸药，形成主炸药层；在主炸药层表面喷涂光敏炸药，形成敏炸药涂层；

步骤三、开启强光光源，强光照射光敏炸药涂层，使光敏炸药涂层整个面同时发生爆炸，并产生爆轰波同时引爆主炸药层的整个面，并作用到待焊接的目标物，使待焊接的目标物撞向基底，实现焊接。

进一步地，步骤二中还包括在待焊接的目标物表面与主炸药层之间设置缓冲层的步骤；以及在光敏炸药涂层与主炸药层之间设置金属隔离膜的步骤。

本发明的有益效果是：

1、区别于目前常用的中心起爆和边缘起爆这两种爆炸焊接的起爆方式，本发明利用光敏炸药光敏感性的特点，采用瞬时释放强光引爆光敏炸药的方法，实现了大面积同时起爆焊接用的光敏炸药面，使复合板各点处炸药同时爆炸，达到了各点处的爆炸载荷基本保持不变的目的，有效避免了焊接界面因碰撞速度前后差异过大导致的焊接质量问题，大大降低炸药爆炸时装药宽度两侧以及起爆端的稀疏波所引起的边界效应的影响，对提高金属板的爆炸焊接质量，尤其是对提高大板、超大板的爆炸焊接质量和复合板的成材率，减少板材浪费、提高经济效益具有重要意义，具有工作原理简单、设计灵活方便、焊接效果好、可以适应各种复杂曲面等特点，为爆炸焊接提供一种控制起爆同步性的方法。

2、本发明可以应用于但不限于板与板、管与管、异型件的爆炸焊接。

当目标物为管材且管道内径较小时，传统的爆炸焊接所需的炸药不易铺设到小口径管道内壁，因此小口径管道难以采用爆炸焊接，本发明中可以采用喷枪必要时用特制的小尺寸喷枪将光敏炸药喷涂到管道内壁，实现小口径管道的爆炸焊接。

附图说明

图1为本发明实施例一的原理示意图；

图中，1-金属丝，2-强光，3-光敏炸药涂层，4-主炸药层，5-复板，6-基板。

图2为本发明实施例二的原理示意图；

图中，1-金属丝，2-强光，3-光敏炸药涂层，5-复板，6-基板。

图3为本发明实施例三的原理示意图；

图中，1-金属丝，2-强光，3-光敏炸药涂层，4-主炸药层，7-复管，8-基管。

图4为本发明实施例四的原理示意图；

图中，1-金属丝，2-强光，3-光敏炸药涂层，7-复管，8-基管。

图5a为本发明实施例五的原理示意俯视图；

图5b为本发明实施例五的原理示意侧视图；

图中，1-金属丝，2-强光，3-光敏炸药涂层，4-主炸药层，5-复板，6-基板。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例对本发明做进一步地描述。

实施例一

如图1所示，本实施例待焊接目标物为复板5，在复板5的表面布放主炸药，形成主炸药层4；再在主炸药层4的表面涂覆光敏炸药，形成光敏炸药涂层3。涂覆炸药时可通过喷涂机器人或机械臂进行远程操作。

在爆炸焊接板材时，金属丝1在强电流作用下发生电爆炸产生强光2，强光2照射到涂覆在主炸药层4表面的光敏炸药涂层3，使光敏炸药涂层3整个涂层面同时发生爆炸，并产生爆轰波引爆下侧主炸药层4，下侧整层主炸药层4同时引爆并作用到复板5，使复板5撞向基板6，实现焊接的目的。可以采用一根或多根金属丝1作为强光光源，确保光敏炸药涂层3的光照度均匀，并提高起爆装置的放电能，确保光敏炸药涂层3大面积起爆同步性；根据需要在主炸药层4和复板5之间可以设置缓冲层使两者不直接接触；根据需要在复板5和基板6之间可以设置一定间隙，也可以使两者成一定夹角确保斜碰撞；在光敏炸药涂层3和主炸药层4之间根据需要设置隔膜，如0.2mm厚的铝膜。

实施例二

与实施例一不同的是该实施例不包括主炸药层。

如图2所示，在爆炸焊接板材时，金属丝1在强电流作用下发生电爆炸产生强光2，强光2照射到涂覆在复板5表面的光敏炸药涂层3，使光敏炸药涂层3整个涂层面同时发生爆炸并作用到复板5，使复板5撞向基板6，实现焊接的目的。可以采用一根或多根金属丝1作为强光2的光源，确保光敏炸药涂层3光照度均匀，并提高起爆装置的放电能，确保光敏炸药3大面积起爆同步性；根据需要可以在复板5和基板6之间设置一定间隙，也可以使两者成一定夹角确保斜碰撞；在光敏炸药涂层3和复板5之间根据需要可以设置隔膜，如0.2mm厚的铝膜。

实施例三

如图3所示，本实施例的焊接目标物为复管7，在复管7的内表面布放主炸药层4，再在主炸药层4的表面涂覆光敏炸药，形成光敏炸药涂层3，将金属丝1置于复管7中。

在爆炸焊接管材时，金属丝1在强电流作用下发生电爆炸产生强光2，强光2照射到涂覆在主炸药层4表面的光敏炸药涂层3，使光敏炸药涂层3整个涂层面同时发生爆炸，并产生爆轰波引爆外侧主炸药层4，外侧整层主炸药同时引爆并作用到复管7，使复管7撞向基管8，实现焊接的目的。可以采用一根或多根金属丝1作为强光2的光源，确保光敏炸药涂层3光照度均匀，并提高起爆装置的放电能，确保光敏炸药涂层3大面积起爆同步性；根据需要在主炸药层4和复管7之间可以设置缓冲层使两者不直接接触；在光敏炸药涂层3和主炸药层4之间根据需要设置隔膜，如0.2mm厚的铝膜。

实施例四

如图4所示，与实施例三不同的是该实施例不包括主炸药层。

在爆炸焊接管材时，金属丝1在强电流作用下发生电爆炸产生强光2，强光2照射到涂覆在复管7表面的光敏炸药涂层3，使光敏炸药整个涂层面同时发生爆炸并作用到复管7，使复管7撞向基管8，实现焊接的目的。可以采用一根或多根金属丝作为强光2的光源，确保光敏炸药涂层3光照度均匀，并提高起爆装置的放电能，确保光敏炸药涂层3大面积起爆同步性；在光敏炸药涂层3和复管7之间根据需要设置隔膜，如0.2mm厚的铝膜。

实施例五

如图5a及5b所示，本实施例与上述实施例不同的是，光敏炸药涂层3并不是覆盖在主炸药层4的整个上表面，而是仅喷涂在主炸药层上表面的一端，使得引爆光敏炸药后，形成线爆炸。

在爆炸焊接板材时，金属丝1在强电流作用下发生电爆炸产生强光2，照射下方的光敏炸药涂层3上，光敏炸药涂层3仅喷涂在主炸药层4一侧，光敏炸药涂层3同时起爆后引爆主炸药层4，区别于常见的主炸药单点起爆或边缘起爆，该方法可以使主炸药某一侧发生线爆炸，然后向另一侧传爆，使复板5和基板6发生撞击实现爆炸焊接，大大降低常规爆炸焊接中因单点起爆带来的边界效应，提高板材边界焊接效果，提高爆炸焊接的成材率。

Claims (4)

1.一种爆炸焊接装置，其特征在于：包括强光光源及炸药涂层；

所述炸药涂层为喷涂在复管内壁表面的光敏炸药涂层；所述复管内径较小，导致传统的爆炸焊接所需的炸药不易铺设到复管内壁；

所述强光光源用于照射并引爆光敏炸药涂层，确保光敏炸药涂层整个面同时起爆；所述强光光源为电爆炸装置，包括0.1mm量级的金属丝，所述金属丝为钨丝或钼丝；

在爆炸焊接复管时，将金属丝置于复管中，金属丝在强电流作用下发生电爆炸产生强光，强光照射到涂覆在复管表面的光敏炸药涂层，使光敏炸药整个涂层面同时发生爆炸并作用到复管，使复管撞向基管，实现焊接的目的；所述光敏炸药为乙炔银-硝酸银；所述光敏炸药涂层的厚度为0.02~ 2mm。

2.根据权利要求1所述的爆炸焊接装置，其特征在于：

所述光敏炸药涂层的形状与复管内壁表面的形状匹配，面积相等；所述光敏炸药涂层与复管内壁之间设置金属隔离膜。

3.一种爆炸焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、使待焊接的目标物与焊接基底的焊接面相对；所述待焊接目标物为复管，将复管同轴套设在基管内；所述复管内径较小，导致传统的爆炸焊接所需的炸药不易铺设到复管内壁；

步骤二、在复管内壁表面喷涂光敏炸药，形成光敏炸药涂层；所述光敏炸药为乙炔银-硝酸银；所述光敏炸药涂层的厚度为0.02~ 2mm；

步骤三、开启强光光源，所述强光光源为电爆炸装置，包括0.1mm量级的金属丝，所述金属丝为钨丝或钼丝；

在爆炸焊接管材时，将金属丝置于复管中，金属丝在强电流作用下发生电爆炸产生强光，强光照射到涂覆在复管内壁表面的光敏炸药涂层，使光敏炸药整个涂层面同时发生爆炸并作用到复管，使复管撞向基管，实现焊接的目的。

4.根据权利要求3所述的爆炸焊接方法，其特征在于：步骤二中还包括在光敏炸药涂层与复管内壁之间设置金属隔离膜的步骤。

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